Pompe à chaleur que dois-je savoir ?
LES PAC GEOTHERMALES ( pompes à chaleur avec capteur enterré (sol-sol ; sol-eau ; Le marché de la pompe à chaleur connaît en France comme en Europe
Principe de fonctionnement et réversibilité de la PAC
Cycle thermodynamique idéal du fluide qui circule dans la pompe à chaleur N Température de l'air varie beaucoup au cours de l'année.
La Pompe à Chaleur Principes de base
La pompe à chaleur fonctionne de la même manière en inversant les sources chaudes et froides. dans un cours d'eau une rivière
LES POMPES À CHALEUR
La pompe à chaleur est fondée sur les principes de la thermodyna- mique découverts au cours du XIXe siècle que l'on doit aux travaux des.
Les pompes à chaleur - 3e édition
La désurchauffe du gaz restitue entre 10 et 15 % de l'énergie totale échangée dans le condenseur. Au cours du changement d'état le fluide frigorigène va céder
POMPES À CHALEUR AIR EXTÉRIEUR / EAU EN HABITAT
Dans une cour intérieure le niveau est augmenté d'au moins 9 dB(A) par rapport au champ libre. PAC placée au sol ou sur une terrasse. (champ libre). PAC placée
Principes de fonctionnement de la pompe à chaleur
en 1834 des premières pompes à chaleur (PAC) sous forme de machines frigorifiques à compression de fluide. Depuis ces machines thermodynamiques se sont.
POMPE A CHALEUR
Au cours de sa circulation : • Le système reçoit de l'énergie sous forme thermique de la part de la source thermique froide. Ce transfert
ETUDE ET MISE EN ŒUVRE DUNE POMPE A CHALEUR
19 juin 2009 pompes à chaleur mais surtout nous avons repris nos cours sur les principes de thermodynamique afin de revenir aux bases.
Pompes à chaleur
L'arbre d'entraînement du compresseur sort du carter et est relié au moteur soit directement soit par le biais d'une cour- roie trapézoïdale; la traversée du
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IV 1 LES PAC GEOTHERMALES ( pompes à chaleur avec capteur enterré (sol-sol ; sol-eau ; eau glycolée-eau ) IV 2 LES PAC dont la source froide est l'air
[PDF] Principe de fonctionnement et réversibilité de la PAC
BÂTIMENT DURABLE François RANDAXHE Principe de fonctionnement et réversibilité de la pompe à chaleur POMPE À CHALEUR : CONCEPTION AUTOMNE 2017
[PDF] LES POMPES À CHALEUR - Dunod
1 Chapitre 2 : Généralités sur les pompes à chaleur 5 2 1 Principes thermodynamiques 5 2 2 Applications à la production de chaud et de froid
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Quel avenir pour le marché des pompes à chaleur ? Partie 1 – Comment fonctionne une pompe à chaleur ? Au cours du changement d'état le fluide
[PDF] La Pompe à Chaleur Principes de base
IN T P IL E D E F R A N C E Principe de la pompe à chaleur Pompe à chaleur Chauffage Source froide Niveau de température – 15°à +25°C
[PDF] Principes de fonctionnement de la pompe à chaleur
une Pac est une machine thermodynamique qui puise la chaleur d'un milieu naturel appelé « source froide »(1) (eau air sol) dont la température est inférieure
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Pompes à chaleur Ainsi 1 kg de glace se transforme en eau à 0°C si on lui apporte 334 kJ Ce même kg d'eau se vaporisera à la pression atmosphérique
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9 4 Mise en service de la pompe à chaleur 62 1 Bases de la technique des pompes à chaleur directement soit par le biais d'une cour-
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Pompe à chaleur Page 1/6 POMPE A CHALEUR Nous commençons par une description matérielle d'une pompe à chaleur et de son fonctionnement
[PDF] ETUDE ET MISE EN ŒUVRE DUNE POMPE A CHALEUR
19 jui 2009 · Au cours de ce projet nous nous sommes intéressés plus particulièrement au cas de la pompe à chaleur Celle-ci est apparue à la fin du 19e
Quels sont les 4 éléments d'une pompe à chaleur ?
Schéma de la pompe à chaleur air-eau
Comme on peut l'observer sur le schéma ci-dessous, ce transfert d'énergie est effectué gr? à un fluide frigorigène qui traverse 4 organes principaux que sont l'évaporateur, le compresseur, le condenseur et enfin le détendeur.Comment calculer le COP d'une pompe à chaleur PDF ?
Le coefficient de performance se calcule simplement : COP = nombre de kWh produits par la PAC / nombre de kWh consommés par la PAC. C'est donc une simple division qui donne une valeur sans unité. Ainsi, une pompe à chaleur qui a un COP de 4 utilise 1 kWh d'électricité pour fournir 4 kWh d'énergie de chauffage.Quels sont les différents types de pompes à chaleur ?
Il existe aujourd'hui trois grandes familles de pompes à chaleur : géothermique, aérothermique, hydrothermique. Pour vous aider à choisir la solution la plus adaptée à vos besoins, nous vous expliquons comment fonctionne chacun des modèles de pompes à chaleur disponibles.- Le coefficient de performance énergétique (COP) sert à mesurer le rendement d'une pompe à chaleur (PAC). Dit plus simplement, il s'agit du ratio entre l'énergie utilisée et la chaleur produite. À l'heure actuelle, la majorité des pompes à chaleur, quel que soit leur type, dispose d'un COP compris entre 3 et 7.
ETUDE ET MISE EN OEUVRE
D'UNE POMPE A CHALEUR
Etudiants :
Kévin BELANGER Lucie BOUCHET
Adeline GIDOUIN Etienne LEMESRE
Projet de Physique P6-3
STPI/P6-3/2009 - 025
Enseignant-responsable du projet :
Michel CLEVERS
INSTITUT NATIONAL DES SCIENCES APPLIQUEES DE ROUEN Département Sciences et Techniques Pour l'IngénieurBP 8 - place Emile Blondel - 76131 Mont-Saint-Aignan - tél : 33 2 35 52 83 00 - fax : 33 2 35 52 83 69
Date de remise du rapport : 19/06/09
Référence du projet
: STPI/P6-3/2009 - 025Intitulé du projet
: Etude d'une pompe à chaleurType de projet
: expérimental et théoriqueObjectifs du projet
Dans un premier temps, comprendre et étudier le fonctionnement théorique d'une machine thermique à travers la pompe à chaleur. Puis, une fois la pompe à chaleur familière, appliquer nos connaissances en thermodynamique acquises lors des années précédentes sur la pompe et manipuler cette dernière pour approfondir ses différents principes.TABLE DES MATIERES
1. Introduction.......................................................................................................................5
2. Méthodologie / Organisation du travail .............................................................................6
3. Travail réalisé et résultats.................................................................................................7
3.1. Rappel de Thermodynamique.......................................................................................7
3.1.1. Systèmes thermodynamiques ............................................................................7
3.1.2. L'énergie d'un système.......................................................................................7
3.1.3. Le travail de forces extérieures...........................................................................7
3.1.4. Premier principe de la thermodynamique...........................................................8
3.1.5. Deuxième principe de la thermodynamique .......................................................8
3.2. Le principe de la pompe à chaleur.............................................................................8
3.2.1. Le fonctionnement..............................................................................................8
3.2.2. Une faible consommation d'énergie .................................................................10
3.2.3. Le réfrigérateur.................................................................................................10
3.2.4. Différents systèmes..........................................................................................12
3.3. Étude de la consommation d'une pompe à chaleur................................................13
3.3.1. Variation du coût d'utilisation d'une pompe à chaleur en fonction du lieu
3.3.2. Variation du coût d'utilisation d'une pompe à chaleur en fonction de la
superficie de l'habitation .................................................................................................16
3.3.3. Aides financières à l'installation d'une pompe à chaleur ..................................18
3.4. Expérience...............................................................................................................19
3.4.1. Matériel.............................................................................................................19
3.4.2. Expérience........................................................................................................21
4. Conclusions et perspectives...........................................................................................24
5. Bibliographie...................................................................................................................25
6. Annexes..........................................................................................................................26
6.1. Documentation technique........................................................................................26
Voir la documentation du fournisseur Leybold ....................................................................26
6.2. Interviews.................................................................................................................26
6.2.1. Monsieur Yon....................................................................................................26
6.2.2. Monsieur Ponsinet............................................................................................27
51. INTRODUCTION
Les enjeux énergétiques étant de plus en plus importants dans notre société, de nouvelles techniques ont été mises en oeuvre et notamment dans les systèmes de chauffage domestique. Mais sont-elles toutes efficaces ? Au cours de ce projet, nous nous sommes intéressés plus particulièrement au cas dela pompe à chaleur. Celle-ci est apparue à la fin du 19e siècle, et s'est améliorée au fil des
années suivant les découvertes scientifiques dans le domaine de la thermodynamique. Sous la pression des exigences environnementales, le développement des pompes à chaleur connait depuis le début des années 90 un nouveau souffle en Europe. En effet, leur utilisation permet la réduction des rejets de CO 2 dans l'atmosphère. De plus, elle s'est popularisée comme chauffage domestique en France suite au premier choc pétrolier. Il existe même des crédits d'impôts et des incitations fiscales pour leur mise en place. Mais qu'est ce que c'est ? La pompe à chaleur est l'élément essentiel d'une installation géothermique etaérothermique. C'est grâce à elle que la chaleur du sol ou de l'air peut être récupérée,
amplifiée puis restituée à l'intérieur des bâtiments à chauffer. Dans cette étude, nous explorerons toutes les facettes de la pompe à chaleur afin de mieux comprendre son fonctionnement. Pour cela, nous rappellerons tout d'abord les grands principes de la thermodynamique avant de décrire les caractéristiques et le fonctionnement de la pompe à chaleur. Puis, afin de mieux appréhender la consommation de la PAC, uneétude comparative sera réalisée en fonction du lieu et de la superficie de l'habitation. Enfin,
pour que cela soit plus concret, nous présenterons les expériences que nous avons effectuées et analyserons ensuite les résultats obtenus. 62. METHODOLOGIE / ORGANISATION DU TRAVAIL
Après avoir découvert le sujet, nous avons commencé à nous documenter sur les pompes à chaleur mais surtout, nous avons repris nos cours sur les principes de thermodynamique afin de revenir aux bases. Il nous a semblé judicieux que tous les membres du groupe se penchent sur ces bases et sur la pompe à chaleur en général pour bien comprendre le sujet et pouvoir démarrer de façon plus efficace. Ensuite, nous avons recherché quelles manipulations nous pouvions faire avec la pompe à chaleur que nous avions dans le laboratoire. Une fois les manipulations choisies, nousavons jugé bon de les faire toutes et de pouvoir ainsi profiter du coté expérimental de notre
sujet. Il est évident que dans les moments d'attente des expériences, nous nous divisions endeux groupes de deux, le premier groupe restait à coté de l'expérience pour vérifier son bon
déroulement pendant que le deuxième se penchait sur nos recherches théoriques. Ceci fait, nous sommes retournés à nos études théoriques et avons divisé le travail :Adeline et Kévin ont exploité nos manipulations et les résultats trouvés; Lucie a approfondit
le principe même de la pompe à chaleur, puis Etienne a fait des études comparatives. Il estévident que chacun a participé à chaque partie de plus ou moins loin. En effet, tout le groupe
s'est beaucoup intéressé à la globalité du sujet et à l'élaboration du sujet le concernant.
C'est pourquoi les noms qui apparaissent sur l'organigramme ci-dessous sont les personnes qui ont majoritairement travaillé sur la tache correspondante.Recherches
Le groupe
Expérience
Le groupe
Exploitation
des résultatsAdeline, Kévin
Théorie
Lucie Etude comparativeEtienne
Choix des
grandes lignesLe groupe
Etude d'une
pompe à chaleur figure 1 : Organigramme des tâches réalisées. 73. TRAVAIL REALISE ET RESULTATS
3.1. RAPPEL DE THERMODYNAMIQUE
3.1.1. Systèmes thermodynamiques
Définition :
Système élémentaire : système homogène (la paroi entourant constitue un systèmeélémentaire).
Système composite : réunion de plusieurs systèmes élémentaires. Système isolé : si aucune grandeur extensive n'est échangée avec le milieu extérieur. (Exemple de grandeur extensive : matière, énergie, masse, volume etc.) Système fermé : s'il n'y a pas de matière échangée avec l'extérieur. Système ouvert : s'il y a échange de matière et/ou d'énergie avec l'extérieur.3.1.2. L'énergie d'un système
L'énergie totale E d'un système thermodynamique est définie en fonction de l'énergie cinétique Ec, de l'énergie potentielle Ep et de l'énergie interne U. Ec= ½(mV²) représente les énergies liées à la vitesse. Ep pouvant représenter l'énergie potentielle de pesanteur, de gravitation et élastique. U qui regroupe toutes les autres énergies non comprises dans les deux précédentes (énergie de translation, de rotation et de vibration des atomes etc.) Eméca= Ec + Ep représente l'énergie mécanique.Relation entre ces différentes énergies :
eq 1. E= U + Ec +Ep ou E= U + Eméca3.1.3. Le travail de forces extérieures
Le travail d'une force est l'énergie fournie par cette force lorsque son point d'application se déplace (l'objet subissant la force se déplace ou se déforme). Si par exemple on pousse une voiture, le travail de la poussée est l'énergie produite par cette poussée. Le travail est exprimé en joules (J), et est souvent noté W. Dans l'étude de machines thermiques telle que la pompe à chaleur, c'est le travail des forces de pression qui nous intéresse. eq 2. įW= -P. dV 8 įW représente le travail mécanique élémentaire échangé avec l'extérieur.P représente la pression extérieure.
dV représente les variations élémentaires de volume du système.3.1.4. Premier principe de la thermodynamique
Pour tout système fermé, il existe une grandeur appelé énergie du système dont la valeur E
est une fonction des variables d'état. Cette grandeur est conservative (production= 0).Enoncé du premier principe : pour un système fermé décrivant une transformation cyclique,
la somme algébrique des quantités d'énergie échangées par le système avec l'extérieur est
nulle.On a la relation :
eq 3. įU= W + Q La chaleur Q représente l'échange de quantité d'énergie.3.1.5. Deuxième principe de la thermodynamique
Pour tout système fermé il existe une grandeur extensive appelé entropie du système dont la
valeur S est une fonction des variables d'état. L'entropie S représente " la mesure du désordre » eq 4. Sreçu(t1-> t2) =Sproduit(t1-> t2)
0 En résumé " la chaleur ne passe pas d'elle-même d'un corps froid à un corps chaud »3.2. Le principe de la pompe à chaleur
3.2.1. Le fonctionnement
Notre projet est basé sur l'étude de la pompe à chaleur, il a donc fallu dans un premier temps appréhender son principe pour mieux comprendre ce que nous réalisions lors des manipulations. Tout d'abord, la pompe à chaleur (PAC) est composée de 4 éléments principaux : le compresseur, deux échangeurs : l'évaporateur qui capte l'énergie à l'extérieur et le condenseur qui la restitue à l'intérieur, le détendeur.La PAC a pour principe même de transférer la chaleur de l'air extérieur pour l'injecter à
l'intérieur de la maison. Car l'air, même si il est froid, contient de la chaleur. 9 On définit donc deux milieux : la source froide d'où l'on extrait l'énergie et la sourcechaude où on la réinjecte. La température réelle des sources n'est pas importante, bien que
pour avoir une PAC intéressante, il est mieux d'avoir une source chaude qui a une température plus élevée que la source froide. figure 2 : Schéma du principe de fonctionnement de la pompe à chaleur. En quelques mots, voici le fonctionnement de la PAC à travers ses différents constituants. La compression : le compresseur va aspirer le fluide frigorigène qui est sous forme de gazà basse température. En comprimant le gaz, sa température va s'élever en même temps que
sa pression. Nous aurons donc à la sortie du compresseur un gaz chaud à une pressionélevée.
La diffusion de la chaleur au condenseur: Le gaz chaud va être dirigé vers unéchangeur - le condenseur - dans lequel circule un fluide à réchauffer : de l'eau du réseau de
chauffage par exemple ou l'air intérieur. Le gaz chaud va donc transmettre une partie de sonénergie au fluide à chauffer dont la température va augmenter. Du coup, le gaz frigorigène
va condenser, c'est à dire qu'il va passer de l'état gazeux à l'état liquide, d'où le nom de
condenseur.La détente : Le frigorigène à l'état liquide, qui est toujours à pression élevé, va être ensuite
détendu au travers du détendeur. Dans ce dernier, la pression va chuter abaissant ainsi latempérature du frigorigène qui reste à l'état liquide. A la sortie du détendeur, la température
du frigorigène est beaucoup plus basse et est inférieure à la température de la source de
récupération.La récupération de la chaleur de l'environnement par l'évaporateur : Le frigorigène, froid
et à l'état liquide, va traverser un deuxième échangeur - l'évaporateur - dans lequel circule le
fluide extérieur (air extérieur, eau de nappe ou eau échangeant avec un capteur enterré dans le sol) est plus chaud que le frigorigène. Ce dernier va donc récupérer les calories,l'énergie en quelque sorte, de ce fluide extérieur. En récupérant cette énergie, le frigorigène
va entrer en ébullition et donc se transformer en gaz, c'est l'évaporation, d'où le nom d'évaporateur. Le gaz ainsi formé est ensuite aspiré par le compresseur pour un nouveau cycle. 10Remarque 1
La température de la source froide doit nécessairement être supérieure à la température
d'évaporation du fluide et celle de la source chaude inférieure à celle de condensation du fluide pour que ces changements d'état se produisent. Dans le cas contraire, leschangements d'état ne se produiraient pas et l'efficacité du circuit frigorifique ne serait qu'au
mieux de 1 ou 0. En résumé, la pompe à chaleur sert donc à :récupérer de l'énergie dans le milieu extérieur (sol/eau/air) grâce à l'évaporateur,
remonter le niveau de température de cette énergie thermique, via le compresseur, transférer cette énergie au bon niveau de température au milieu intérieur que l'on souhaite chauffer.3.2.2. Une faible consommation d'énergie
Il faut savoir qu'un atout majeur des pompes à chaleur réside dans leur faible consommation d'énergie électrique au regard de l'énergie thermique restituée. C'est pour effectuer la remontée du niveau de température de la chaleur captée et le transfert de la chaleur d'un milieu vers un autre qu'a lieu la consommation d'énergie électrique. Pour 1 kWhd'énergie électrique consommée, ce sont 3 à 4 kWh d'énergie thermique qui sont restitués
au bâtiment. Soit 2 à 3 kWh d'énergie renouvelable et gratuite qui sont récupérées,
transférées et utilisées pour le chauffage. Le fait que la chaleur de l'environnement présente dans l'air, le sol et l'eausouterraine soit une énergie toujours disponible, gratuite et sans cesse renouvelée grâce au
rayonnement solaire et aux pluies n'est pas négligeable. Ainsi, la pompe à chaleur permet de couvrir 100% des besoins de chauffage d'un logement en consommant seulement 30% d'énergie électrique, les 70% restants étant puisés dans l'environnement tout en lepréservant. Ainsi, elle permet d'économiser les énergies fossiles et de limiter les rejets de
gaz à effet de serre. Le Coefficient de Performance (COP) est un chiffre important pour les pompes à chaleur; il caractérise la capacité de l'appareil à restituer de la chaleur et permet de comparer les performances des appareils entre eux. Ce coefficient correspond au rapport entre l'énergie thermique utile restituée pour le chauffage (Q2) et l'énergie électrique nécessaire pour faire fonctionner la pompe à chaleur (W). C'est donc l'équivalent d'un rendement mais appliqué à une pompe à chaleur. eq 5. COP = Q2/ W Ce COP généralement proche de 3 signifie que l'énergie thermique utile restituée pour le chauffage est trois fois supérieure à l'énergie électrique consommée et donc facturée.3.2.3. Le réfrigérateur
Le réfrigérateur est le système de PAC le plus connu et surement l'exemple le plus concret de notre vie quotidienne; il nous parait nécessaire de nous attarder un peu sur le sujet. 11 Le réfrigérateur est composé de cinq éléments de base, dont les quatre que nous avons cités précédemment pour la PAC : le compresseur, l'échangeur de chaleur (condenseur) sous forme de série de tuyaux ou d'un serpentin enroulé en dehors de l'unité le détendeur, l'échangeur de chaleur (évaporateur) sous forme de série de tuyaux ou d'un serpentin enroulé en dehors de l'unitéle liquide réfrigérant qui s'évapore à l'intérieur du réfrigérateur pour créer des
basses températures.Le mécanisme du réfrigérateur étant similaire à celui d'une PAC en général, il semble
inutile de le rappeler. Il faut cependant se rappeler que l'idée de base d'un réfrigérateur est
d'utiliser l'évaporation d'un liquide pour absorber la chaleur. Posons-nous la question suivante, certes moins technique mais plus pratique : pourquoi un poulet chaud sera froid deux heures plus tard dans un réfrigérateur ? La réponse est simple et facilite lacompréhension d'une PAC : le poulet chaud ayant fait grimper la température à l'intérieur du
réfrigérateur, le thermostat donne l'ordre au compresseur d'expulser ce surplus de calories pour revenir à la température souhaitée : c'est pour cela que la grille placée au dos du réfrigérateur est chaude. figure 3 : Dessin simplifié du fonctionnement d'un réfrigérateur 123.2.4. Différents systèmes
Il existe trois différentes sources pour récupérer l'énergie en fonction du milieu environnant : l'air, l'eau ou le sol.Parlons donc de ces 3 principes :
La récupération de la chaleur dans l'air extérieur :La chaleur prélevée dans l'air extérieur est transférée par la pompe à chaleur dans l'air
ambiant du logement ou dans le circuit d'eau chaude de l'installation de chauffage.La récupération de la chaleur dans l'eau :
La chaleur est prélevée dans une nappe phréatique, un lac, une réserve d'eau ou encore un
cours d'eau. Cette chaleur est ensuite transférée par la pompe à chaleur au circuit d'eau chaude de l'installation de chauffage. Très performant, la PAC peut chauffer l'ensemble du logement. Mais il faut savoir que l'exploitation des eaux est soumise à une réglementation spécifique.La récupération de la chaleur dans le sol :
La chaleur est prélevée dans le sol à l'aide : d'un réseau de tubes déroulés à faible profondeur dans le sol si la surface du terrain est suffisante ; c'est-à-dire une surface de terrain disponible d'environ 1,5 fois la surface à chauffer. Sur cette surface de terrain, aucune plantation avec des racines profondes ne pourra être réalisée. de sondes verticales qui peuvent atteindre des profondeurs d'environ 100 m. Cette chaleur est ensuite transférée par la pompe à chaleur au circuit d'eau chaude de l'installation de chauffage. Il faut savoir qu'il existe aussi différents émetteurs : le plancher chauffant / rafraîchissant, les ventilo-convecteurs, les radiateurs à basse température, la diffusion d'air. 133.3. Étude de la consommation d'une pompe à chaleur
L'utilisation d'une pompe à chaleur permet à son utilisateur de faire des économiesd'énergie. Cependant ce gain d'énergie varie en fonction du lieu de résidence (climat, taille
du logement, etc...). Dans ce chapitre nous allons tenter de montrer que son installation peut parfois devenir plus couteuse que l'utilisation d'un chauffage classique.quotesdbs_dbs11.pdfusesText_17[PDF] pompe a chaleur cours thermodynamique
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